金中镇洋水河排洪隧洞洞线选择分析

杨秀华，徐 倩，李邦伟

(贵阳市水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002)

贵州省贵阳市开阳县金中镇有着丰富的磷矿石资源，目前境内磷矿石探明储量达4.3亿t，P2O5平均含量达33.73%，含P2O5在32%以上的优质富矿占全国的70%以上，是我国优质富矿的主要产地，同时也是全国唯一不经处理即可生产高浓度磷肥的优质磷矿石基地。2017年6月24日，开阳县遭遇“6.24”洪水，洋水河河水暴涨，其中箱涵段进口淹没，最高时水深淹没洞口50cm，持续时间约2h。矿肥公司磷酸二铵散存库处水深淹没公路50～60cm，持续时间约2h，若暴雨持续时间稍长可能将导致矿肥公司磷酸二铵散存库价值近亿元的化肥被毁，情况十分危及。经分析，该次洪水流量245m3/s左右，属于超50年一遇、不到100年一遇洪水，造成洪水漫顶主要原因有：①洪水实际为超50年一遇标准，超标洪水可能导致洪水漫顶。②经多年运行，箱涵上、中、下游均出现淤积情况，箱涵过水断面小于设计值。③洋水河河水高磷酸、高悬浮物、矿渣等对箱涵过水面造成腐蚀，同时过水面滋生苔藓植物等，箱涵过水面糙率低于设计值，行洪能力降低。④洋水河中排污管、化工管占据河道行洪断面，形成滞洪作用。

已建箱涵出现明满流交替运行情况，已出现规范严禁运行工况，情况十分危及。另外由于多种原因，现状箱涵顶覆土已到805m高程，且部分区域仍在加高中，已远超原设计789m平场高程，若洪水到达805m高程将淹没整个厂区，考虑到如果金中镇遭受洪灾，将对开磷集团造成巨大损失，影响非常巨大，故为保护开磷集团厂矿，修建排洪隧洞，提高金中镇洋水河防洪标准刻不容缓，工程建设迫切而十分必要。

1 工程概况

工程区地处云贵高原中低山向丘陵过渡之地带，海拔高程在700～1350m之间，相对高差650m左右，区内河流纵横，地表切割破碎，总体为南高北低，中间地势较低，地形地貌为溶蚀、侵蚀型低中山丘陵河谷地貌，该区第四系广布，多为耕地、林地，植被覆盖较好，由于金中镇洋水河上游磷矿沿地势低洼地带、斜坡地带弃渣、垮塌体等形成松散堆积体较多，下游河道淤塞严重。考虑到开磷集团金中镇园区不断发展，原设计河道箱涵防洪能力为50年一遇(P=2%)，已不能满足园区的发展需求，准备从已建箱涵右岸山体新建一条隧洞来增加园区的防洪能力。

设计隧洞进口高程为775.33m，出口高程为754.36m，总长1454.5m，设计水力坡度为0.014。排洪隧洞体型为城门洞型，设计隧洞为圆拱直墙型无压隧洞。设计隧洞最大过流宽度为4m，直墙高度为3.23m，圆拱半径为2.3m、弧度121°。

2 洞线选择

工程区原河道段被截弯取直改造为过水箱涵，现箱涵上部覆盖回填土(回填土含碎块石、渣土等，工程性质复杂多变，处于欠固结状态)，目前该填土段已被整平改造，现为开磷集团堆、卸货场，场内有铁路运输轨道，距离箱涵约90m，回填土厚度20～30m。若采取明挖修筑箱涵方式，采用1∶1.5分级放坡处理，则需开槽宽度30～50m，该段为回填土高边坡，性质极不稳定，极易产生圆弧滑动，造成开挖边坡坍塌，且紧邻堆货场及铁路，开挖深沟槽使堆货场、铁路路基易造成不均匀沉降，安全风险极大，故该段已建隧洞左侧无明挖条件，若采取钢板桩、排桩处理，施工难度大、成本高，故本次不考虑。同理已建隧洞右侧紧邻山体卸荷裂隙密集带，开挖时形成临空面，加之施工扰动，该段卸荷裂隙密集带山体极易垮塌，故右侧不具备明挖条件。综上，该工程只能考虑从洋水河右岸山体开挖隧洞进行泄洪，隧洞区采空区、卸荷裂隙密集带、大变形泥岩段大量分布，因此必须做好洞线的选择，做到既保证隧洞施工及运行安全，又要考虑节约工程投资。以下将对洞线进行选择。

图1 物探解释推断综合平面图

(1)物探成果分析

该工程为应急工程，工程区地形地貌、水文地质及工程地质条件复杂，为提高工程进度，经过各方面利弊权衡考虑，综合考虑首先采用时间域瞬变电磁法进行勘察，然后再用钻探对物探揭示异常区进行验证，从而对隧洞设计提供满足设计精度、要求的基础资料。

该次物探共圈定裂隙发育异常区域3个，分别编号L1、L2、L3，该组裂隙发育异常区域均相对较小；物探圈定采空区共计10个区域，分别编号C1—C10，圈定异常区域相对较多、较大，综合分析，工区已形成大面积采空区但采空区规模分布不均且较分散。

根据物探剖面异常的自身规模、特征，及其在工区的分布区域及其规律，结合收集到的工区实际地质资料及以往生产活动情况，将物探所圈定的低阻异常进行区域性的划分，结合收集到的相关资料将该次物探勘查获得的低阻异常带划分为2种类型：采空含水区；基岩破碎、基岩裂隙导(含)水区域。

由图1结合现场实际情况分析，该段多为民采，多沿洋水河右岸坡掘进巷道，进入山体后向南、北、东三个方向进行开挖，揭示异常区多靠河床一段较山体内范围小，且向山内有分岔。故推测有采空区普遍存在向山体内部扩大的可能，且越往山内越靠近开磷集团大规模开采的矿区，建议选线时尽量避开大规模采空区，而选择采空区埋深相对较薄的地段(采空区埋深针对隧洞底板)，其采空区规模较小，处理难度也就相应减小，同时兼顾考虑陡崖段工程地质条件，合理布置洞线。与此同时，我们对各物探揭示异常区进行了钻探，验证了物探揭示采空区存在，平面及高程分布于物探成果基本保持一致。

(2)洞线比选

隧洞位置的选择一般要求山体雄厚，洞周都有足够的岩体厚度，但尽量避免隧洞埋置过深，深部的高地应力不利于围岩稳定，同时有遇害气体的可能性，增加运输难度。洞室应尽量选择避开软弱岩石，避开岩溶发育段，选择构造简单，岩体完整的部位，同时尽量避开区域性断裂带、褶皱核部等。洞室选择应尽量避开全风化、强风化岩体及强卸荷岩体。该隧洞区，岩层缓倾，原则上应尽量选择厚层均质坚硬岩体中，但底板存在采空区，也应该避开，故工程需进行优劣比选，确定条件较优的洞线。

鉴于以上原则，拟选定两条洞线进行比较，两隧洞进出口保持一致。其中进口位于已建河道箱涵进口与开磷矿区污水处理厂之间右岸缓坡地段。钻探揭示，隧洞进口多处于崩塌、垮塌积块石、碎石土层夹孤石，工程地质条件较差，但受现场地形条件限制，隧洞进口具备唯一性条件。工程区河道右岸山体多为陡崖，部分地段为危岩体，山体沿陡崖边线沿线发育有多处卸荷裂隙密集带，该裂隙带多为深大贯穿性裂隙，造成工程区岩体支离破碎、悬崖峭壁，地质灾害问题较为突出，如图2所示。隧洞选线应尽量避开河道左侧陡崖及陡崖卸荷裂隙密集带(密集带水平宽度约30～50m)。故隧洞出口只能定于下游天生桥处冲沟，该冲沟处河道向山体内延伸约50m处有一规划拦渣坝(矿区弃渣处理)，故洞线出口只能位于冲沟出口至拟建拦渣坝之间，具备唯一性。两条隧洞不同之处在于洞轴线与陡崖卸荷裂隙密集带间的距离、隧洞采空区情况及底板厚度等。现对两方案进行比较，具体见表1。

表1 洞线方案比较对照表

图2 隧洞进口段现状照片

(3)推荐洞线确定

通过上述比较，结合工程量分析，隧洞方案一较优。虽该方案一软质围岩段距离长于方案二，但该方案采空区处理较短，防渗工程量相对较小，为推荐洞线。

3 结语

该隧洞区地形、地质条件极为复杂，洞线选择不可避免穿过卸荷裂隙密集带、大变形软质围岩段、采空区等，需结合防渗方案、围岩支护、施工难度、工程量以及施工阶段勘察量等进行合理的比较、综合辩证的分析，最终确定最优方案。故隧洞的选择既需做到合理控制工程投资，又要确保隧洞施工及正常运营安全，为隧洞的设计提供依据。